武 猛

（1.中国二十冶集团有限公司；2.上海星欣科技发展有限公司，上海 201999）

烧结干法脱硫灰在再生石路基材料中应用

武 猛1，2

（1.中国二十冶集团有限公司；2.上海星欣科技发展有限公司，上海 201999）

脱硫灰是粉煤灰和脱硫副产物的混合物，其物理性能、化学性能与普通粉煤灰相比有很大差别。目前，脱硫灰没有成熟的利用途径，大多闲置堆放，既污染环境，又浪费资源。本文利用烧结干法脱硫灰取代部分石灰和粉煤灰，研究了再生碎石取代天然碎石后路基材料的各项性能。用脱硫灰取代15%的石灰、粉煤灰时，路基材料的各项性能达到最佳，这为固体废弃物的再利用提供可能性，降低了路基材料的成本，具有良好的社会效益和经济效益。

烧结干法脱硫灰；路基材料；再生石

长期以来，我国形成了煤炭占主要地位的能源结构，以火力发电为主的发电模式造成大气污染日益严重。随着我国对二氧化硫污染控制的加强，全国主要的炼钢、炼铁、煤电等燃煤企业在排放烟气时都增加了脱硫工序。目前，国内外均有对脱硫副产物处理方面的研究[1-2]，但是大都集中在湿法脱硫副产物的处理方面，干法脱硫是一种脱硫新工艺，其副产物与传统湿法脱硫副产物有诸多的不同[3-4]，而在这方面国内外的研究尚不多见，因此有必要对其处理进行深入的研究。脱硫灰颗粒很细，含湿量低，呈干粉状，灰白色，为粉煤灰和脱硫副产物的混合物，物理性能和化学性能跟普通粉煤灰相比有很大差别，其主要矿物组成有 CaSO3、CaSO4、CaO、Ca(OH)2和 CaCO3，此外还有来源于粉煤灰的矿物成分，如莫来石、石英等。目前，脱硫灰没有成熟、理想的利用途径，大多闲置堆放，既污染环境，又浪费资源。

本文通过制备石灰、粉煤灰、烧结干法脱硫灰稳定废弃混凝土再生碎石，不仅实现脱硫副产物和废弃混凝土两种固废的再利用，还提高了路基材料的性能，降低了路基材料的成本。

1 原材料及仪器设备

1.1 原材料

1.1.1 石灰

本试验所用熟石灰产自太仓市东方冶金制品厂，其活性物质（CaO+MgO）含量（质量分数）为61.0%。根据《公路路面基层施工技术规范》中石灰的技术标准，该石灰品质达到Ⅱ级，符合公路用路基材料要求。

1.1.2 粉煤灰

本试验所用粉煤灰为上海宝钢电厂产原状灰，其化学成分如表1所示。

表1 宝钢电厂原状灰化学成分（%）

1.1.3 烧结干法脱硫灰

本项研究所用的烧结干法脱硫灰为上海宝钢烧结厂生产的烧结干法脱硫灰，其化学成分如表2所示。

表2 宝钢烧结干法脱硫灰化学成分（%）

1.1.4 废弃混凝土再生碎石

本项研究所用废弃混凝土再生碎石由上海宝钢十三冶钱潘建筑材料有限公司生产，级配满足表3的要求。

表3 废弃混凝土再生碎石级配

1.2 仪器设备

1.2.1 成型模具

实验所用成型模具有两种，一种为Ф70╳70圆柱形钢模及配套上下压头，另一种为Ф150╳150圆柱形钢模。

1.2.2 击实仪

实验所用击实仪为天津市长达实验仪器厂生产CSK-V1型齿轮式多功能电动击实仪。

1.2.3 脱模器

实验所用脱模器为天津建科试验仪器厂生产LQT150D型电动脱模器。

1.2.4 压力机

实验所用压力机为金华市试验机总厂生产TYE-300型液压式压力试验机。

2 试验结果及分析

2.1 冻融循环试验

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009对基准二灰稳定废弃混凝土再生碎石试件及石灰、粉煤灰、烧结干法脱硫灰稳定废弃混凝土再生碎石试件进行5次冻融循环试验，结果如表4所示。

表4 冻融循环试验结果

由表4可以看出，经过五次冻融循环以后与基准二灰稳定废弃混凝土再生碎石相比，掺入15%和20%的烧结干法脱硫灰，试块经过五次冻融循环后，其质量变化率均有所减少，抗压强度损失率均有所降低，可见烧结干法脱硫灰的加入可以明显提高无机结合料的抗冻性，当烧结干法脱硫灰的掺量为15%时，其抗冻性最好。

2.2 水稳定性试验

如果材料组合不当，二灰稳定碎石基层容易因长期处于潮湿环境中而导致强度下降，特别是在干湿变化的情况下容易产生裂缝，影响到路面的使用性能。常用水稳定性系数试验和干湿循环试验来检验路基材料的水稳定性。

2.2.1 水稳定性系数试验

水稳定性系数试验用来检测长期承受潮湿环境的能力，计算公式为

式中，Rw为试件水养生时无侧限抗压强度（MPa）；R0为试件标准养生时无侧限抗压强度（MPa）。试件的制备按规范规定的方法进行，试件尺寸为：直径×高＝150 mm×150 mm，密实度为95%。经恒温恒湿养生48 h后置于水中养护，养护温度为20±2℃，分别测试7 d、28 d和90 d强度，计算出不同龄期的水稳定系数，如图1所示。

图1 不同龄期水稳定性系数

由图1可以看出，当无机结合料中掺入烧结干法脱硫灰后，各浸水时间下其水稳定系数都有所提高，当掺量为15%时，同龄期下的水稳定系数最高。因此，在工程应用中建议烧结干法脱硫灰的掺量为15%，可以有效提高路基材料的服役年限。

2.2.2 干湿循环试验

干湿循环试验用于检测抵御干湿交替状况的能力。规范没有干湿循环的实验方法，结合前人的研究方法与现有的实际实验条件，人们采用24 h一个循环的制度，首先将试块在烘箱里以85±5℃烘6 h，然后将试块取出，置于20±5℃的温度和60±5%的湿度下冷却1.5 h，再放入温度为20±2℃的水中浸泡16 h后，取出放在空气中以22±5℃和60±5%的湿度晾干0.5 h，一个干湿循环结束。在试块烘干冷却后和出水晾干后均要称量其质量，当质量损失率超过5%时即可停止试验。

规范没有关于干湿循环的统一评价指标，人们在试验中主要关注的指标是干湿循环后的质量和强度变化。因此，人们参考冻融循环的抗冻指数，定义了两个指标：干湿循环质量损失率和强度损失率。

式中，干湿循环质量损失率为经过n次干湿循环后试件的质量变化率（%）；mn为经过n次干湿循环后试件的质量（g）；m0为干湿循环前试件的质量（g）。

式中，干湿循环强度损失率为n次干湿循环后试件的抗压强度损失率（%）；Rn为经过n次干湿循环后试件的抗压强度（MPa）；R0为对比试件的抗压强度（MPa）。

本试验选用未掺入脱硫灰的基准二灰稳定废弃混凝土再生碎石与掺入15%和20%烧结干法脱硫灰的试件进行30次干湿循环试验，试验所得质量变化率和强度损失率如表5所示。

由表5可以看出，与基准二灰稳定废弃混凝土再生碎石相比，掺入15%和20%的烧结干法脱硫灰后制备试件的质量损失率均有明显下降，强度损失率均呈有明显提高，这反映出材料在干湿交替环境下的耐久性有较大的提高。

表5 干湿循环试验结果

结合水稳定性系数试验及干湿循环试验结果可以看出，掺入15%的脱硫灰不但可以节约石灰粉煤灰的用量，还可以明显改善材料的耐水性，有利于延长材料的使用寿命，降低后续维修费用。

3 结论

利用烧结干法脱硫灰替代石灰和粉煤灰，可以稳定天然碎石和再生碎石路基材料，均能有效提高其性能。同时，再生碎石取代天然碎石在路基材料中应用，路基材料的强度虽有所下降，但远满足于标准的要求，说明用烧结干法脱硫灰替代部分石灰和粉煤灰，同时用再生碎石替代天然碎石，路基材料的性能变化不大，满足标准的要求。掺入15%的烧结干法脱硫灰，不但可以节约石灰和粉煤灰的用量，而且其性能达到最佳，各个龄期的强度均要大于掺入量为20%的烧结干法脱硫灰。烧结干法脱硫灰可以明显提高无机结合料的抗冻性，其抗压强度损失率均降低，改善了路基材料的耐水性，有利于延长材料的使用寿命，降低后续维修费用。

1 王红梅，王 凡，张 凡.半干半湿法脱硫灰制砖实验研究[J].环境科学研究，2004，（17）：141-149.

2 王 乾，殷钰峰.半干法延期脱硫技术[J].动力工程，能源研究与利用，2007，（4）：1-4.

3 任 丽，王文龙，马春元，等.干法半干法脱硫灰全新利用途径探索研究[J].热力发电，2009，（10）：14-18.

4 赵霄龙，张仁瑜.固体废弃物在建筑工程中的再生应用[J].建设科技，2008，（12）：38-43.

Application of Sintering Dry Desulfurization Ash in Recycled Stone Subgrade Materials

Wu Meng1,2
(1.China Twenty Metallurgical Group Co., Ltd.; 2.Shanghai Xingxin Technology Development Co., Ltd., Shanghai 201999)

Desulphurized ash is a mixture of fly ash and desulfurization byproducts.Its physical and chemical properties are very different from those of ordinary fly ash.At present, the desulfurization of ash is not mature use of the way, most of the idle stacking, both pollution of the environment, but also a waste of resources.In this paper, some properties of lime and fly ash were replaced by sintering dry desulfurization ash, and the properties of regenerated crushed stone were studied.When 15% lime and fly ash are replaced with desulfurized ash, the performance of the subgrade material is the best, which provides the possibility of reusing the solid waste, reduces the cost of the roadbed material, has good social benefits and economy benefit.

sintering dry desulfurization ash; roadbed material; recycled stone

X757 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2017)08-0047-03

2017-06-11

武猛（1983-），男，山东泰安人，硕士，工程师，研究方向：建筑施工。